[发明专利]一种新研航空电子产品硬件综合FMECA方法

摘要

一种新研航空电子产品硬件综合FMECA方法，步骤如下：一：定义被分析系统；二：运用故障信息数据库、故障机理分析、故障模数暴露试验方法确定产品各约定层次的故障模式及原因；三：运用故障仿真分析方法获取故障影响；四：进行定量危害性分析；考虑这种冗余设计造成的多重故障影响，给出了考虑多重故障影响的定量危害性分析方法；五：填写FMECA表格，根据约定层次，将上述分析获得的故障模式、原因、影响及危害度填入FMECA表格。本发明是一种基于故障信息数据库、故障机理分析、故障模式暴露试验、故障仿真分析等方法并考虑多重故障影响硬件FMECA方法，能为设计分析人员提供一种更为客观定量的硬件FMECA实施方法，同时也为电子产品的设计改进提供依据。

主权项

一种新研航空电子产品硬件综合FMECA方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：定义被分析系统，包括：a.确定新研航空电子产品（以下简称“产品”）的结构组成；b.按照分析要求划分约定层次；c.确定产品的工作环境条件，详细过程如下：1）若产品的设计要求中给出了温度剖面和振动加速度功率谱密度剖面，则以之为产品的工作环境条件；2）若产品的设计要求中未给出温度剖面和振动加速度功率谱密度剖面，根据国家标准《GJB899A‑2009可靠性鉴定与验收试验》确定产品的温度和振动环境；步骤二：运用故障信息数据库、故障机理分析、故障模数暴露试验方法确定产品各约定层次的故障模式及原因，包括：a.建立故障信息数据库并从中获取基本元器件单元的故障模式，详细过程如下：1）整理GJB299C、Mil‑HDBK‑217F标准中的元器件故障模式，同时收集历史产品故障信息和相似产品故障信息，从而建立故障信息数据库；2）对于被分析产品中的基本元器件，其故障模式直接从故障模式信息库中提取；3）对于中间层次单元，先从相似产品及历史产品故障数据中获取故障模式；4）由于低一层产品的故障模式是高一层产品的故障原因，低一层产品的故障影响是高一层产品的故障模式，所以在低一层产品的故障模式确定后通过不同层次产品故障模式、故障原因及故障影响的关系确定高一层的产品的故障模式、原因；b.进行故障机理分析，找出环境载荷下元器件可能发生的故障模式、原因和累计损伤故障机理，详细过程如下：1）进行热仿真分析，详细过程如下：a）在热分析软件如Flotherm中建立被分析产品的CFD计算流体动力学模型；b）进行网格划分；c）根据温度环境条件，施加稳态温度载荷；d）运行仿真计算，得到产品的稳态温度分布云图；e）根据热载荷类型与其作用位置器件或结构的故障模式、损伤机理、故障原因的关系确定器件或结构的故障模式及故障原因；2）进行振动仿真分析，详细过程如下：a）在有限元分析软件如ANSYS中建立被分析产品的FEM有限元模型；b）进行网格划分；c）根据产品实际固定方式和振动载荷条件，分别施加各种任务阶段的振动加速度功率谱密度；d）运行仿真计算，得到产品的各任务阶段的响应加速度均方根云图和位移均方根云图，以及分析频率内产品的模态频率；e）根据振动响应与其作用位置器件或结构的故障模式、损伤机理、故障原因的关系确定器件或结构的故障模式及故障原因；3）进行应力损伤分析，获取累计损伤故障模式及机理，详细过程如下：a）在应力损伤分析软件CalcePWA中建立PCB板级模型；b）根据产品整机热分析结果施加板级热环境载荷，并添加板上元器件热耗散功率，进行网格划分并运行计算，得到各元器件的温度分布；c）根据产品整机振动分析结果及各PCB板固定方式，分别施加板级振动载荷，并添加板上元器件重量参数，进行网格划分并运行计算，得到各元器件的振动响应；d）按照产品实际的环境剖面，将温度剖面和振动剖面在CalcePWA中生成综合使用剖面；e）对受分析PCB板施加综合使用剖面，添加产品设计寿命，运行仿真计算，获得损伤机理寿命，其中寿命小于产品设计寿命的机理会造成损伤故障，根据机理发展影响确定故障模式，故障机理本身就是直接故障原因；c.实施故障模式暴露试验，收集故障模式，通过失效分析获得故障原因，详细过程如下：1）收集产品研制过程中所有的实验数据，将其中的故障信息和经过失效分析得到的故障原因、故障影响等信息加入FMECA表中；2）如有必要，根据之前故障机理分析结果进行专门的故障模式暴露试验，对暴露出来的故障进行分析，找出故障原因和影响，并将信息加入到FMECA表中；步骤三：运用故障仿真分析方法获取故障影响，包括：a.在EDA电子设计自动化软件中建立产品的电路模型，并进行正常电路仿真获取各监测点的输出信号；b.根据元器件或者低层次产品的故障模式建立故障模型；所谓故障模型就是表征元器件或者产品某种故障模式的电路模型；c.用故障模型替换正常电路中相应的元器件或者低层次产品，形成故障模拟电路；d.运行故障模拟电路，获得各监测点的输出信号；e.与正常电路仿真获得的输出信号进行对比，获取注入的故障模式的故障影响；步骤四：进行定量危害性分析；新研电子产品中存在大量冗余设计，在考虑冗余时，单个单元的故障会因为冗余启动的成败而造成不同故障影响；定量危害性常用方法是定量危害性矩阵，用到的参数是模式危害度：C_mi(j)=α×β×λ_p×t,j=Ι,ΙΙ,ΙΙΙ,ΙV   （1）式中：C_mi(j)为危害度，α为故障模式频数比，β故障影响概率，λ为故障率，t为工作时间；在进行危害性分析时，考虑这种冗余设计造成的多重故障影响，给出了考虑多重故障影响的定量危害性分析方法，详细过程如下：1）找出被分析故障模式的所有可能最终故障影响并确定其严酷度等级，尤其是在冗余系统中要考虑主部件故障而备份部件未成功启动造成的严重影响；2）确定产品故障率、故障模式频数比及所有可能最终影响的故障影响概率；3）分别计算各严酷度下的故障模式危害度；4）绘制定量模式危害性矩阵，比较各故障模式不同严酷度下故障模式危害度的危害性大小，给出危害度排序及设计或使用补偿建议；步骤五：填写FMECA表格，根据约定层次，将上述分析获得的故障模式、原因、影响及危害度填入FMECA表格。